盖世汽车讯 据外媒报道，由首尔大学工学院（Seoul National University College of Engineering）机械工程系教授Seung Hwan Ko领衔的研究团队开发出一种人造皮肤技术，使机器人能够像人类皮肤一样，同时感知温度和压力。

该团队研制了一种新型多模态触觉传感器（multimodal tactile sensor），能够在单一超薄器件中同时检测热刺激（thermal stimuli）和机械刺激（mechanical stimuli）。受人类皮肤处理感觉信息方式的启发，高传感器可在一个集成平台上高效提取温度和压力数据。

研究人员将单个可贴附式传感器与无线切换电路板及人工智能结合，成功展示了其对20种日常物体进行高精度识别的能力，其准确率可媲美人类触觉感知水平。

相关研究成果发表于期刊《Nature Materials》。研究进一步证实，该技术可扩展实现与人类触觉分辨率相当的高分辨率感知能力，因此有望成为新兴“物理人工智能（Physical AI，物理AI）”系统的关键基础技术。

近年来，能够让机器人和人工智能系统与物理世界互动的“物理AI”受到越来越多关注。物理AI超越了简单的计算，使机器具备“看见、触摸、感知并基于环境作出决策”的能力。而能够像人类皮肤一样同时检测多种触觉输入（如温度和压力）的传感器，被认为是实现此类系统的核心要素。

图片来源：《Nature Materials》

堆叠式传感器设计的局限性

人类皮肤能够快速且精准地处理包括温度和压力在内的多种刺激。然而，现有试图复制这一功能的多模态感知器件，通常依赖于组合多个传感器，或将多个功能层进行堆叠。

这种设计方式会导致系统结构复杂、器件体积增大，同时由于反应性元件（reactive elements）的存在，响应速度变慢，并且难以在同一位置精准检测多种刺激。

因此，业界一直迫切需要一种新的人工触觉平台：能够通过单一薄型柔性传感器快速处理复杂刺激。尤其是，模仿人类皮肤的多模态触觉感知技术，对于物理AI至关重要，它能让机器人以类似人类的方式感知周围环境。

可切换模式的单层结构

为解决这一问题，Seung Hwan Ko的团队开发了一种基于核壳纳米线网络（core-shell nanowire network）的器件，其结构由银（Ag）核和氧化亚铜（Cu₂O）壳组成。该器件可在单一结构中，以每秒16次的频率在热感知模式（thermal sensing mode，T mode）与机械感知模式（mechanical sensing mode，M mode）之间切换。

得益于其超薄单层设计，该传感器实现了极快的响应速度——对机械刺激的响应达到亚微秒级（sub-microsecond），对热刺激的响应则达到毫秒级（millisecond-level）。

在物体分类实验中，研究团队利用两种感知模式交替输出的信号训练人工智能模型。结果显示，分类准确率从仅使用单一热信号或机械信号时的大约65%，大幅提升至95%。即使在输入数据减少的情况下，该模型仍能维持94.53%的高准确率。

在进一步验证中，研究人员将该传感器安装于指尖，并与无线测量电路板集成，系统在20种日常物体识别任务中取得了83%的准确率。

从物体感知到人造皮肤

研究人员还开发了一种多阵列平台（multi-array platform），能够以与人类皮肤相当的空间分辨率（spatial resolution），测量温度和压力分布。这表明该技术可以超越单器件传感，扩展到具有类人空间分辨率的全人造皮肤系统。

本研究开发的多模态人工触觉传感器，有望广泛应用于义肢（prosthetics）、可穿戴电子皮肤（wearable electronic skin）、软体机器人（soft robotics）、机器人夹持器（robotic grippers）以及人机交互接口（human-machine interfaces）等领域。

它有望成为下一代机器人和物理AI系统中触觉感知的核心技术。由于该器件能够在单一超薄层内处理多种刺激，而无需复杂的多传感器堆叠，因此在系统简化和高分辨率感知方面具有显著优势，为下一代智能触觉平台奠定了重要基础。

Seung Hwan Ko表示：“这项研究的重要意义在于，它首次证明了无需堆叠多个传感器，仅凭单一超薄器件即可同时处理热刺激和机械刺激。我们预计，这项技术将发展成为实现机器人具备人类级触觉感知能力的核心解决方案，并广泛应用于可穿戴电子皮肤、义肢和软体机器人领域。”